动车课件第二章牵引传动系统

第二章牵引供电系统第二章牵引供电系统第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成（一）动力单元的配置（一）动力单元的配置第一节牵引供电系统基本构成（一）动力单元的配置CRH5型动车组牵引系统使用交直交传动方式，主要由受电弓、主断路器、附加断路器、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。受电弓通过电网接入25kV的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成1770V的交流电。降压后的交流电再输入牵引变流器，整流成3600V直流电，再通过牵引逆变器逆变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送给牵引电机牵引整个列车。图2.1变压器变流器牵引电机接触网受电弓高压电缆第一节牵引供电系统基本构成（一）动力单元的配置图2.1变压器第一节牵引供电系统基本构成CRH5型动车组牵引系统主变压器使用油冷方式，牵引变流器使用成熟的IGBT技术。异步牵引电机的功率为550kW，采用体悬方式，由万向轴传递牵引力。动车组有两个相对独立的主牵引系统，每个牵引单元配备一个完整的集电、牵引及辅助系统，以实现所需的牵引和辅助电路冗余，其中一个单元由3辆动车加1辆拖车构成（M-M-T-M），另一个单元由2辆动车加2辆拖车构成（T-T-M-M）。动车组编组及动力设备的配置见图2.2图2.2第一节牵引供电系统基本构成CRH5型动车组牵引系统主变压器使第一节牵引供电系统基本构成正常情况下，两个牵引系统均工作，当一个牵引系统发生故障时，可以自动切断故障源，继续运行。每个动力单元带有一个主变压器和受电弓。在正常运行中，每列车只启用1个受电弓。每个牵引动（力）单元的牵引设备都由下列设备组成:1．一个高压单元，带受电弓和保护装置；2．一个主变压器；3．两套或三套IGBT水冷技术的主牵引套件；4．四台或六台异步牵引电机，底架悬挂，最大设计负载550kW（轮缘处功率）第一节牵引供电系统基本构成正常情况下，两个牵引系统均工作，当（二）主电路构成（二）主电路构成第一节牵引供电系统基本构成图2.3第一动力牵引系统电路示意图第一节牵引供电系统基本构成图2.3第一动力牵引系统电路示第一节牵引供电系统基本构成图2.4第二动力牵引系统电路示意图（改）第一节牵引供电系统基本构成图2.4第二动力牵引系统电路示意第一节牵引供电系统基本构成（二）主电路构成图2.3为第一牵引单元原理示意图，图2.4为第二牵引单元原理示意图，第二牵引单元与第一牵引单元及其相似，唯一的区别是少配备一个牵引/辅助变流器，增加一个附加断路器。第一节牵引供电系统基本构成（二）主电路构成第一节牵引供电系统基本构成每个动力单元的牵引设备都由下列设备组成：（1）高压电器单元具有受电设备、保护装置和主变压器，安装在TP和TPB车上。主变压器采用强制油冷却。（2）第一牵引动力单元具有3个牵引/辅助变流器，第二牵引动力单元具有2个牵引/辅助变流器，每台牵引/辅助变流器驱动2台牵引电机。牵引/辅助变流器获得可调节的（直流改为交流）电压，并驱动异步牵引电机的牵引和再生制动。每辆动车配置2台异步牵引电机，底架悬挂，单台电机设计持续功率可达到550kW，并且车轮的直径差（在相同车轴上）接近3mm时也能够提供500kW的负载。（3）牵引控制器TCU能够完成如下的功能控制设备发送牵引/制动命令；控制中间直流线电压和受电弓输入端的功率因数；控制电机牵引/制动转矩；进行电力设备的保护；对控制器本身进行自诊断；（4）安装在M2和MH车辆上的电气装置。第一节牵引供电系统基本构成每个动力单元的牵引设备都由下列设备（三）牵引/电制动特性（三）牵引/电制动特性第一节牵引供电系统基本构成（三）牵引/电制动特性在正常负载条件下（定员载客）、平直线路、车轮平均磨耗（即车轮直径为850mm）和网压在22.5KVAC-29KVAC范围内时，列车的牵引性能如下：

1．平均启动加速度（0~40km/h）0.50m/s2．200km/h时的剩余加速度0.11m/s3．220km/h时的剩余加速度0.09m/s4．250km/h时的剩余加速度0.05m/s5．平均最大车轮-磨耗粘着系数0.226．爬行坡度（100%牵引力）30‰7．在一个牵引变流器故障（80%牵引功率）条件下的爬行坡度>30‰；

8．在二个牵引变流器故障或一个牵引变压器故障条件下(可获得60%的牵引功率)的爬行坡度

27‰（连续运行）；30‰（以73km/h速度运行25km）；

9．轮周处的最大牵引功率5500kW；

10．轮周处的最大牵引力302kN；

11．轮周处的最大制动功率5785kW；

12．列车在全功率和一半故障条件下的牵引曲线，如图2.5所示。第一节牵引供电系统基本构成（三）牵引/电制动特性第一节牵引供电系统基本构成图2.5牵引曲线强迫通风电机的连续曲线第一节牵引供电系统基本构成图2.5牵引曲线强迫通风电机的连续第一节牵引供电系统基本构成列车设有再生制动，可在250到10km/h的速度范围内工作。在电分相区段，电制动不会停止但会将再生的电流给辅助变流器供电，并通过制动电阻器消散能量，制动电阻器安装在车顶，靠自然通风。这样设计的目的是允许电阻制动的时间最长达10秒钟。再生制动可在电分相端部重新启动，如果在电分相区段的时间超过10秒钟，电制动会完全停止而且将自动起用空气制动。该列车装备有自风冷式盘式制动装置，每个动轴上装2个，每个拖轴装3个，并有弹簧控制的停放制动装置。动车组常用制动为电制动和空气制动的复合制动，紧急制动仅为空气制动。电制动在200km/h到10km/h的速度范围内工作，在达到最大电制动的情况下，轮周处的最大制动力和功率如下：

1．轮周处的最大制动力205kN2．轮周处的最大制动功率5785kW第一节牵引供电系统基本构成列车设有再生制动，可在250到10第一节牵引供电系统基本构成最大常用制动和紧急制动性能相同：初速度200km/h：

1．平均减速度0.79m/s22．制动距离≤2000m初速度160km/h：

1．平均减速度0.79m/s22．制动距离 ≤1400m3．列车制动特性曲线，如图2.6所示。第一节牵引供电系统基本构成最大常用制动和紧急制动性能相同：第一节牵引供电系统基本构成图2.6常用制动时速—制动力曲线第一节牵引供电系统基本构成图2.6常用制动时速—制动力曲线第二节牵引供电系统控制原理第二节牵引供电系统控制原理（一）牵引变压器的控制原理（一）牵引变压器的控制原理第二节牵引供电系统控制原理（一）牵引变压器的控制原理牵引变压器的控制由位于TP、TPB车高压箱内的CLT（牵引控制单元）装置负责，主要的保护手段为切除变压器和减小牵引功率。CLT装置通过检测安装在变压器上的液位探测器、油流继电器、PT100温度探针及压力释放阀等附件的状态来执行对变压器的控制保护。1．过压保护通过检测压力释放阀的状态来判断变压器油箱内的压力，一旦压力释放阀动作，将直接切除变压器。2．冷却液循环不足保护通过检测油流继电器的状态来判断油泵的工作状态，一旦油流继电器显示油流低，则根据冷却液的温度情况对变压器进行切除或减小牵引功率。3．冷却液液位低保护如果液位探测器显示冷却液液位低，则直接切除变压器。4．原边绕组的过载或者传感器故障保护通过读取原边电流互感器的电流信号来判断是否出现故障，如果存在故障，则切除变压器。第二节牵引供电系统控制原理（一）牵引变压器的控制原理第二节牵引供电系统控制原理5．冷却液温度保护冷却液的温度保护必须结合冷却系统的工作状态来执行。⑴当100℃<=t（温度）<130℃，1个油泵故障且1个风扇不能全速工作，牵引功率为70%。⑵当100℃<=t<130℃，1个风扇全速工作或两个风扇只能半速工作，牵引功率为50%。⑶130℃<=t<150℃，牵引功率为70%。⑷130℃<=t<150℃，1个油泵故障，牵引功率为0。⑸130℃<=t<150℃，1个风扇不能全速工作，牵引功率为50%。⑹150℃=＞t，变压器切除。⑺60℃<t，风扇不工作，变压器切除。⑻速度不为0，两个油泵故障，变压器切除。6．原边绕组绝缘损坏保护通过读取变压器原边电流互感器TAP和TAP1的信号来判断是否存在故障。如果两个传感器的差值大于50A，则切除变压器。7．冷却系统的工作状态保护通过检测冷却系统电机的开关及热继电器的状态来执行保护。如果发现油泵或者风扇没有工作，则根据冷却液的温度情况对主变压器进行切除或减小牵引功率。第二节牵引供电系统控制原理5．冷却液温度保护（二）牵引变流器的控制原理（二）牵引变流器的控制原理第二节牵引供电系统控制原理（二）牵引变流器的控制原理

牵引/辅助变流器主要由两组四象限整流器（4QC）、中间直流电路、制动斩波器、牵引逆变器和一组辅助变流器组成。每一组牵引逆变器控制一台568KW牵引电机，辅助变流器向车载三相400V/50HZ用电设备供电。变流器的主要功能是将牵引变压器降压后输出单相AC1770V/50HZ的电压，经四象限整流得到3600V的中间直流电压，再经牵引逆变器输出电压频率可调的0～2808V的三相交流电压来控制每台电机；同时辅助变流器从中间回路输入直流3600V电压经斩波降压逆变后输出三相400V/50HZ的交流电压，为辅助系统的设备供电。第二节牵引供电系统控制原理（二）牵引变流器的控制原理第二节牵引供电系统控制原理牵引变流器的控制基于牵引控制单元TCU。四象限整流器控制计算是基于PWM：正弦波形与接触网频率锁定，调整幅值和相位，以保持直流环节为DC3600V，调节网侧电流和电压之间的相位差，使其接近于零，相位控制由牵引变压器的高阻抗特性完成，这样可以将电网电流谐波减少至最低程度。牵引逆变器控制算法基于“现场导向控制（矢量控制）”，将直流连接电压、相电流和速度作为输入数据，调节参数为转矩和磁通。TCU使用四种不同的PWM（异步和同步交叉、计算角度和方波）驱动IGBT。

牵引控制单元TCU的主要功能如下：

1．四象限整流器控制

2．制动斩波器控制

3．牵引逆变器控制

4．冷却系统监控

5．电制动控制

6．防滑防空转控制

7．预充电控制

8．故障诊断第二节牵引供电系统控制原理牵引变流器的控制基于牵引控制单元T第二章牵引供电系统第二章牵引供电系统第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成（一）动力单元的配置（一）动力单元的配置第一节牵引供电系统基本构成（一）动力单元的配置CRH5型动车组牵引系统使用交直交传动方式，主要由受电弓、主断路器、附加断路器、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。受电弓通过电网接入25kV的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成1770V的交流电。降压后的交流电再输入牵引变流器，整流成3600V直流电，再通过牵引逆变器逆变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送给牵引电机牵引整个列车。图2.1变压器变流器牵引电机接触网受电弓高压电缆第一节牵引供电系统基本构成（一）动力单元的配置图2.1变压器第一节牵引供电系统基本构成CRH5型动车组牵引系统主变压器使用油冷方式，牵引变流器使用成熟的IGBT技术。异步牵引电机的功率为550kW，采用体悬方式，由万向轴传递牵引力。动车组有两个相对独立的主牵引系统，每个牵引单元配备一个完整的集电、牵引及辅助系统，以实现所需的牵引和辅助电路冗余，其中一个单元由3辆动车加1辆拖车构成（M-M-T-M），另一个单元由2辆动车加2辆拖车构成（T-T-M-M）。动车组编组及动力设备的配置见图2.2图2.2第一节牵引供电系统基本构成CRH5型动车组牵引系统主变压器使第一节牵引供电系统基本构成正常情况下，两个牵引系统均工作，当一个牵引系统发生故障时，可以自动切断故障源，继续运行。每个动力单元带有一个主变压器和受电弓。在正常运行中，每列车只启用1个受电弓。每个牵引动（力）单元的牵引设备都由下列设备组成:1．一个高压单元，带受电弓和保护装置；2．一个主变压器；3．两套或三套IGBT水冷技术的主牵引套件；4．四台或六台异步牵引电机，底架悬挂，最大设计负载550kW（轮缘处功率）第一节牵引供电系统基本构成正常情况下，两个牵引系统均工作，当（二）主电路构成（二）主电路构成第一节牵引供电系统基本构成图2.3第一动力牵引系统电路示意图第一节牵引供电系统基本构成图2.3第一动力牵引系统电路示第一节牵引供电系统基本构成图2.4第二动力牵引系统电路示意图（改）第一节牵引供电系统基本构成图2.4第二动力牵引系统电路示意第一节牵引供电系统基本构成（二）主电路构成图2.3为第一牵引单元原理示意图，图2.4为第二牵引单元原理示意图，第二牵引单元与第一牵引单元及其相似，唯一的区别是少配备一个牵引/辅助变流器，增加一个附加断路器。第一节牵引供电系统基本构成（二）主电路构成第一节牵引供电系统基本构成每个动力单元的牵引设备都由下列设备组成：（1）高压电器单元具有受电设备、保护装置和主变压器，安装在TP和TPB车上。主变压器采用强制油冷却。（2）第一牵引动力单元具有3个牵引/辅助变流器，第二牵引动力单元具有2个牵引/辅助变流器，每台牵引/辅助变流器驱动2台牵引电机。牵引/辅助变流器获得可调节的（直流改为交流）电压，并驱动异步牵引电机的牵引和再生制动。每辆动车配置2台异步牵引电机，底架悬挂，单台电机设计持续功率可达到550kW，并且车轮的直径差（在相同车轴上）接近3mm时也能够提供500kW的负载。（3）牵引控制器TCU能够完成如下的功能控制设备发送牵引/制动命令；控制中间直流线电压和受电弓输入端的功率因数；控制电机牵引/制动转矩；进行电力设备的保护；对控制器本身进行自诊断；（4）安装在M2和MH车辆上的电气装置。第一节牵引供电系统基本构成每个动力单元的牵引设备都由下列设备（三）牵引/电制动特性（三）牵引/电制动特性第一节牵引供电系统基本构成（三）牵引/电制动特性在正常负载条件下（定员载客）、平直线路、车轮平均磨耗（即车轮直径为850mm）和网压在22.5KVAC-29KVAC范围内时，列车的牵引性能如下：

1．平均启动加速度（0~40km/h）0.50m/s2．200km/h时的剩余加速度0.11m/s3．220km/h时的剩余加速度0.09m/s4．250km/h时的剩余加速度0.05m/s5．平均最大车轮-磨耗粘着系数0.226．爬行坡度（100%牵引力）30‰7．在一个牵引变流器故障（80%牵引功率）条件下的爬行坡度>30‰；

8．在二个牵引变流器故障或一个牵引变压器故障条件下(可获得60%的牵引功率)的爬行坡度

27‰（连续运行）；30‰（以73km/h速度运行25km）；

9．轮周处的最大牵引功率5500kW；

10．轮周处的最大牵引力302kN；

11．轮周处的最大制动功率5785kW；

12．列车在全功率和一半故障条件下的牵引曲线，如图2.5所示。第一节牵引供电系统基本构成（三）牵引/电制动特性第一节牵引供电系统基本构成图2.5牵引曲线强迫通风电机的连续曲线第一节牵引供电系统基本构成图2.5牵引曲线强迫通风电机的连续第一节牵引供电系统基本构成列车设有再生制动，可在250到10km/h的速度范围内工作。在电分相区段，电制动不会停止但会将再生的电流给辅助变流器供电，并通过制动电阻器消散能量，制动电阻器安装在车顶，靠自然通风。这样设计的目的是允许电阻制动的时间最长达10秒钟。再生制动可在电分相端部重新启动，如果在电分相区段的时间超过10秒钟，电制动会完全停止而且将自动起用空气制动。该列车装备有自风冷式盘式制动装置，每个动轴上装2个，每个拖轴装3个，并有弹簧控制的停放制动装置。动车组常用制动为电制动和空气制动的复合制动，紧急制动仅为空气制动。电制动在200km/h到10km/h的速度范围内工作，在达到最大电制动的情况下，轮周处的最大制动力和功率如下：

1．轮周处的最大制动力205kN2．轮周处的最大制动功率5785kW第一节牵引供电系统基本构成列车设有再生制动，可在250到10第一节牵引供电系统基本构成最大常用制动和紧急制动性能相同：初速度200km/h：

1．平均减速度0.79m/s22．制动距离≤2000m初速度160km/h：

1．平均减速度0.79m/s22．制动距离 ≤1400m3．列车制动特性曲线，如图2.6所示。第一节牵引供电系统基本构成最大常用制动和紧急制动性能相同：第一节牵引供电系统基本构成图2.6常用制动时速—制动力曲线第一节牵引供电系统基本构成图2.6常用制动时速—制动力曲线第二节牵引供电系统控制原理第二节牵引供电系统控制原理（一）牵引变压器的控制原理（一）牵引变压器的控制原理第二节牵引供电系统控制原理（一）牵引变压器的控制原理牵引变压器的控制由位于TP、TPB车高压箱内的CLT（牵引控制单元）装置负责，主要的保护手段为切除变压器和减小牵引功率。CLT装置通过检测安装在变压器上的液位探测器、油流继电器、PT100温度探针及压力释放阀等附件的状态来执行对变压器的控制保护。1．过压保护通过检测压力释放阀的状态来判断变压器油箱内的压力，一旦压力释放阀动作，将直接切除变压器。2．冷却液循环不足保护通过检测油流继电器的状态来判断油泵的工作状态，一旦油流继电器显示油流低，则根据冷却液的温度情况对变压器进行切除或减小牵引功率。3．冷却液液位低保护如果液位探测器显示冷却液液位低，则直接切除变压器。4．原边绕组的过载或者传感器故障保护通过读取原边电流互感器的电流信号来判断是否出现故障，如果存在故障，则切除变压器。第二节牵引供电系统控制原理（一）牵引变压器的控制原理第二节牵引供电系统控制原理5．冷却液温度保护冷却液的温度保护必须结合冷却系统的工作状态来执行。⑴当100℃<=t（温度）<130℃，1个油泵故障且1个风扇不能全速工作，牵引功率为70%。⑵当100℃<=t<130℃，1个风扇全速工作或两个风扇只能半速工作，牵引功率为50%。⑶130℃<=t<150℃，牵引功率为70%。⑷130℃<=t<150℃，1个油泵故障，牵引功率为0。⑸130℃<=t<150℃，1个风扇不能全速工作，牵引功率为50%。